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鱼菜共生模式中微生物群落结构及多样性的研究

李建柱  
【摘要】:鱼菜共生技术是一种结合水产养殖技术和植物栽培技术于一体的安全健康生态环保的绿色技术。在我国,该技术最典型的应用模式之一是结合生物浮床技术的鱼菜共生模式。本研究通过采取宏基因组学等分子生物学方法研究鱼菜共生模式中浮床植物根际和水体的微生物群落结构和多样性及其变化,揭示了生物浮床对鱼菜共生模式中微生物群落结构和多样性的影响,并尝试从微生物的角度对生物浮床水质调节机理做出一个科学的解释,为养殖水体生物调控技术和鱼类健康养殖技术的推广应用提供理论基础。本研究采用宏基因组学测序技术和生物信息学手段,分析了养殖环境及根际微生物的群落结构及其多样性,并从环境微生物的角度探讨了水蕹菜生物浮床的水质调节机理。研究结果表明,与对照组相比,鱼菜共生模式中养殖水环境中微生物具有高丰度和低多样性,沉积物中微生物具有高丰度和高多样性,进而表明水蕹菜生物浮床有效改变了养殖环境中的微生态平衡。养殖环境微生物和根际微生物主要属于变形菌门(Proteobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、梭杆菌门(Fusobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)和绿菌门(Chlorobi),其中,鱼菜共生模式下环境微生物的主要菌属是聚球藻属(Synechococcus)、CL500-29_marine_group、hgcI_clade、芽孢杆菌属(Bacillus)和分歧杆菌属(Mycobacterium)等,水蕹菜根际微生物菌落中主要菌属是红细菌属(Rhodobacter)、噬氢胞菌属(Hydrogenophaga)和聚球藻属等。研究结果还表明低覆盖率(3.5%)的水蕹菜生物浮床能够增加水体的溶解氧含量,降低水体中含氮化合物的浓度和改善养殖环境中的微生态平衡,提高有益菌和氮循环细菌的含量。本研究同时采用宏基因组学测序技术和生物信息学手段,构建了草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲫(Carassius auratus)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙(Aristichthys nobilis)四种鲤科鱼类肠道内含物等12个样品的16S rDNA测序克隆文库,研究了鱼菜共生模式下不同鲤科鱼类肠道微生物的菌落结构。研究结果表明鱼菜共生模式下不同鲤科鱼类肠道内含物微生物优势菌落的组成十分相似(P0.05,Kruskal-Wallis),最主要的微生物门类是梭杆菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门,最主要的优势微生物菌群均是鲸杆菌属(Cetobacterium)、梭状芽胞杆菌属(Clostridium)、拟杆菌属(Bacteroides)和芽孢杆菌属等,其中鲸杆菌属和梭状芽胞杆菌属含量最丰富,且主要在非优势菌属之间具有显著差异(P0.05,Kruskal-Wallis)。同时,本研究通过LEfSE分析研究发现食性不是造成不同食性鲤科鱼类肠道微生物菌落差异的唯一决定性因素。综上所述,本研究通过采用传统水生态学研究方法、宏基因组学测序技术和生物信息学手段,以水蕹菜生物浮床作为实例,主要从水化学和微生物的角度分析了鱼菜共生模式这一种新型鱼类健康养殖技术的特点,为养殖水体生物调控技术和鱼类健康养殖技术的推广与应用奠定了一定的理论与实践基础。


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